[發明專利]地層中使用包含水合硅酸鈣晶種的水泥組合物的水泥灌注方法

有效

• 申請號: 201180068032.X
• 申請日: 2011-12-21
• 公開（公告）號: CN103391983A
• 公開（公告）日: 2013-11-13
• 發明（設計）人: R·C·帕蒂爾;T·約瑟夫;A·德什潘德;V·薩特
• 申請（專利權）人: 哈里伯頓能源服務公司
• 主分類號: C09K8/467
• 分類號: C09K8/467;C04B22/00;C04B24/26;C04B28/02;C04B28/04
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 余穎

技術領域

提供了地層中灌注水泥（cementing）的方法。用于地層的水泥組合物包含水合硅酸鈣(C-S-H)晶種的中觀顆粒、納米顆粒或其組合。在一個實施方式中，所述水泥組合物還包含膠乳添加劑。在另一個實施方式中，通過井透過地層。

發明內容

根據本發明的第一個方面，提供了一種地層中灌注水泥的方法，所述方法包含以下步驟：在地層中引入水泥組合物，其中所述水泥組合物包含：水泥、水和水合硅酸鈣(C-S-H)晶種，其中主要由所述水泥、所述水和所述C-S-H晶種按照與所述水泥組合物相同的比例組成的測試水泥組合物，當在24小時、60℉(15.6℃)溫度和3,000psi(20.7MPa)壓力下測試時形成至少1,200psi(8.3MPa)的抗壓強度；并且凝結（set）所述水泥組合物。

優選地，所述水泥包含至少一種選自下組的水硬性水泥：波特蘭(Portland)水泥、火山灰水泥、石膏水泥、高氧化鋁水泥、礦渣水泥、氧化硅水泥，及其組合。

優選地，所述水選自：淡水、稍帶咸味的水、鹽水，及其任意組合。

優選地，所述C-S-H晶種具有粒度分布，從而至少90%的C-S-H晶種的粒度在1微米-0.1微米的范圍內。

優選地，所述C-S-H晶種的濃度范圍是水泥重量的約0.05%-約7%。優選地，所述水泥組合物還包含膠乳添加劑。所述膠乳添加劑可以是包含作為分散相的固體橡膠顆粒和作為連續相的液體的漿液。所述橡膠顆粒可選自下組：順-l,4-聚異戊二烯橡膠;苯乙烯-丁二烯橡膠(SBR)、高苯乙烯樹脂;丁基橡膠;乙烯-丙烯橡膠(EPM和EPDM);氯丁橡膠;腈橡膠;硅橡膠;氯磺化聚乙烯橡膠;交聯化聚乙烯橡膠;表氯醇橡膠;氟碳橡膠;氟硅氧烷橡膠;聚氨酯橡膠;聚丙烯酸橡膠;多硫化物橡膠;AMPS-苯乙烯-丁二烯橡膠;任意前述橡膠的改良種類;及其組合。

優選地，所述水泥組合物的增厚時間范圍是在60℉(15.6℃)溫度和5,000psi(34.5MPa)壓力下約4-約15小時。

優選地，所述水泥組合物的起始凝結時間是60℉(15.6℃)溫度和3,000psi(20.7MPa)壓力下小于24小時。

優選地，所述水泥組合物的凝結時間是60℉(15.6℃)溫度下小于48小時。

優選地，當在24小時、60℉(15.6℉)溫度和3,000psi(20.7MPa)壓力下測試時，所述水泥組合物的抗壓強度范圍是約1,000-約5,000psi(約6.9-約34.5MPa)。

優選地，所述水泥組合物在155℉(68.3℃)溫度和4,500psi(31MPa)壓力下使用SGSA靜態凝膠強度方法的轉變時間小于1小時。

優選地，所述水泥組合物在60℉(15.6℃)溫度和5,000psi(34.5MPa)壓力下使用Mini?MACS靜態凝膠強度方法的轉變時間小于50分鐘。

優選地，所述水泥組合物還包含至少一種添加劑。所述至少一種添加劑可以選自：填料、流體損失添加劑、緩凝劑、減摩劑、強度衰退添加劑、輕量（light-weight）添加劑、消泡劑、高密度添加劑、機械性能增強添加劑、堵漏材料、過濾控制添加劑、觸變性添加劑，及其組合。

優選地，所述地層的井底溫度范圍是約60℉-約120℉(約15.6℃-約48.9℃)。

優選地，所述方法還包含在引入步驟之前確定最大填充體積分數（Packing?Volume?Fraction）的步驟。

根據本發明的第二個方面，提供了一種地層中灌注水泥的方法，所述方法包含以下步驟：在地層中引入水泥組合物，其中所述水泥組合物包含：水泥、水和水合硅酸鈣(C-S-H)晶種，其中所述C-S-H晶種的濃度至少足夠使所述水泥組合物在24小時、60℉(15.6℃)溫度和3,000psi(20.7MPa)壓力下測試時形成至少1,200psi(8.3MPa)的抗壓強度，而沒有C-S-H晶種的基本相同的水泥組合物在24小時、60℉(15.6℃)溫度、和3,000psi(20.7MPa)壓力下測試時形成小于1,200psi(8.3MPa)的抗壓強度；并且凝結所述水泥組合物。